一種金屬材料表面毛化處理的方法

專利名稱：一種金屬材料表面毛化處理的方法
技術領域：
本發明涉及金屬材料表面毛化處理的方法，具體涉及一種冷軋帶鋼生產中用的冷軋輥的 毛化沉積處理方法。
背景技術：
具有特殊表面形貌的冷軋軋薄鋼板在制造業中有著廣泛的應用，特別是在汽車和家電產 業中。毛化冷軋薄鋼板是由表面經毛化處理的軋輥軋制而成的，其一系列表面形貌特征對鋼 板的深沖、涂裝等工藝性能影響極大。毛化冷軋板附加價值極高，但生產手段和工藝技術滯 后阻礙了毛化鋼板的大批量生產光面軋輥雖然耐磨性優良，但表面摩擦系數偏低，容易造成帶鋼打滑并且損傷帶鋼的表 面；包膠、無紡布輥，雖然是柔性輥面，摩擦系數較大，但和帶鋼相比硬度太低，賴度不高、 抗耐磨性嚴重不足,導致經常修復、更換，不適合現代高速、高質量冷軋帶鋼生產要求。依據加工原理軋輥毛化技術一般可分為幾大類 一種為物理加工，包括SBT; —種為熔 化、汽化加工技術，例如EDT， LT， EBT。另外一種為電化學加工技術例如Pretex等等。噴丸毛化(SBT)是一種傳統的毛化方式，其工作原理為高速旋轉的葉片將噴丸砂打在 旋轉的軋輥表面，使其產生微小坑點或凸起，使軋輥表面獲得所需粗糙度。其優點為工藝簡 單、效率高、設備成本低。它的缺陷也十分明顯。由于噴丸砂是用鋼丸破碎成形且以通過一定規格篩網為規格，因 此，每一個毛化點所產生的坑點或凸起都因噴丸砂重量的不同和著落點的不同而不同，使粗 糙度不能保持均勻。不同噴丸時間拋丸效果不一致，不同角度產生的沖擊效果不同，使粗糙 度不能保持均勻。電火花毛化是在絕緣油中用放電火花來刻蝕軋輥表面，其作用原理及毛化方法是將工件和電極浸沒在絕緣性的工作液中，然后在工件與電極上施加脈沖電壓，當二者之間的間隙小到一定值時，間隙中會形成放電通道。當電通道形成之后，脈沖電源的能量便迅速輸入，使通道中的電子和正離子被加速，各自轟擊陽、陰極表面。，它的缺點是需定期更換清洗濾芯，設備購置費用高，另外耗電量大。EBT是最新發展的且還未形成工業化生產設備的一種軋輥毛化方法，它是將旋轉著的軋輥在真空下沿軸向經過固定的電子槍，高能電子與軋輥碰撞時以熱的形式放出動能,在足夠高的溫度下與電子束相遇的那部分材料便熔化并部分蒸發，形成的蒸氣壓將電子束熔化的材料爆炸性地從孔中沖出，于是形成顯微凹坑或小杯。通過調節加速電壓、電子束功率、脈沖頻 率以及電子束的偏轉方向等工藝參數可在軋輥表面獲得預定的粗糙度大小。激光毛化技術是一種設定式毛化技術,其原理是利用激光器產生的激光脈沖對輥面逐點 進行連續毛化加工。是采用高頻脈沖激光束作用在軋輥表面，使之加熱、熔化并部分氣化， 因軋輥表面激光束能量密度相當大，以致熔池內部分揮發的氣體等離子化并形成等離子體， 其壓力作用于熔池，使熔化金屬向四周堆起，同時在中間產生凹坑，當脈沖停止時凹坑周圍 堆起的熔化物快速冷卻凝固形成凸臺。激光毛化工藝的缺點是逐點毛化，工作中斷線后不可再接，必須把軋輥下機磨削后重新 毛化。其工作效率特別低，只適用于批量精品板材的軋制。工作條件比較苛刻。輔助氣體壓 力必須穩定。對輥面磨削過程中出現的大^a值較難實現可控處理，因激光毛化產生的缺陷也無法重復修正。噴墨毛化技術(Ink Jet Texturing ,簡稱IJT)是將噴墨打印技術與電化學加工相結合 而成的一種新穎的軋輥毛化技術，目前還處于由實驗室向工業生產轉化的階段。噴墨毛化(IJT) 技術可通過改變電化學腐蝕的脈寬和電流大小，來精確地控制凹坑的深度和外形。但毛化點 需要精確控制，成本相對較高，出現產品缺陷時無法重新修復；而且對加工材料的形狀要求 嚴格，前處理技術要求高。發明內容本發明目的是為了克服已有技術存在的問題，提供一種工藝簡單，設備投資較少，.辱有 較高的毛化效率和較低的維護費用的一種用高硬度金屬化合物顆粒通過電化學溶液復合沉積 的方法，實現對金屬材料表面毛化處理。實現本發明目的的技術方案是將金屬化合物顆粒置于電沉積基礎液中，控制電沉積基礎液溫度為55°C，電流密度為25~35A/dm2，攪拌條件下對金屬材料基體表面實施電化學沉積 毛化處理。上述金屬化合物顆粒，選用氧化鋁或碳化鉤或氧化鋯顆粒，直徑為5~50nm。電沉積基礎 液選用鍍鉻溶液。金屬化合物顆粒的硬度要求大于被沉積處理材料的硬度。本發明與已有技術比較，特點是利用攪拌力，使金屬化合物微粒漂浮和在一定電流的作 用下，使陰極的軋輥表面形成一個沉積層，并在表面形成毛化層，這種高硬度金屬化合物顆 粒與電化學溶液復合電沉積所形成的毛化層，表面為凸起和凹坑，它們之間相互連通，這樣 的結構有利于軋制和鋼板使用之后潤滑油在表面的展開，獲得比較好地對鋼板的保護和較好的涂裝效果。另外，這種將高硬度的金屬化合物顆粒復合在材料表面之后，在提高粗糙度的基礎上， 同時提高材料的強度和硬度，硬度達到900HV-1200HV，從而達到表面毛化和提高強度的雙 重效果。本發明毛化效率高，表面形貌無固定的規律性，是隨機分布，噴漆后不會形成特殊 的紋理。毛化處理后的表面形貌，可以從附圖2清楚地看到。本發明可以調整硬質顆粒的顆粒粒徑，高硬度顆粒的顆粒密度、電化學溶液的電流密度 等參數實現不同的粗糙度毛化要求。可以全部表面進行同時處理，毛化效率較高，效果好， 使用的適應性較強。本發明處理工件的形狀要求不苛刻，可以處理用于軋輥類、平整輥類、成型輥類、平面 類材料表面等。本發明的毛化方法處理后材料表面形貌特點為形貌均勻無規則，粗糙度值為0.5-l(Vm， Pc值大，粗糙度和Pc值有一定相關性.


圖1是實施金屬材料表面毛化處理的裝置結構示意圖； 圖2是實施例1毛化處理后表面形貌圖；圖中l恒溫蒸汽夾道，2陽極，3攪拌裝置和被加工材料，4恒溫槽，5電^積基礎液。
具體實施方式
下面各實施中，實施本發明可采用的裝置如圖1所示，其中陽極2選用鉛錫合金的不溶性陽極，5電沉積基礎液選用鍍鉻溶液。實施例1:選擇的高硬度金屬化合物顆粒為氧化鋁，硬度為1800HV。顆粒直徑為30pm 基板為Cr5鋼板，硬度HV:800。基礎液鍍鉻溶液的主鹽濃度為230g/L。毛化工藝參數鍍鉻 液的溫度55。；電流密度:35A/dm2，攪拌速度100r/min。形成的表面毛化形貌如圖所示可見 毛化技術處理后材料表面形貌特點為形貌均勻凹凸大小無固定規律，粗糙度值為8pm，硬 度為1150HV。實施例2:選擇的高硬度金屬化合物顆粒為碳化鎢，硬度為1700HV顆粒的直徑為20pm。 基體為軋輥，硬度900HV，基礎鍍液同例l，毛化工藝參數溫度55° ;電流密度:25A/dm、 攪拌速度150r/min。形成的輥表面毛化形貌特點為表面形貌均勻，凹凸點沒有規則，粗糙 度值的大小為5pm，硬度為IOOOHV。實施例3:選擇的高硬度金屬化合物顆粒為氧化鋯，硬度為1500HV。顆粒直徑為5tim基 板為Cr5鋼板，硬度HV:800。基礎液鍍鉻溶液的主鹽濃度為350g/L。毛化工藝參數鍍鉻液的溫度55。；電流密度:45A/dm2，攪拌速度200r/min。形成的表面毛化形貌特點為形貌均 勻凹凸大小無固定規律，粗糙度值為1.5nm，硬度為950HV。實施例4:選擇的高硬度金屬化合物顆粒為氧化鋁，硬度為1800HV。顆粒直徑為50pm 基板為A3鋼板，硬度HV:750。基礎液鍍鉻溶液的主鹽濃度為230g/L。毛化工藝參數鍍鉻 液的溫度55。；電流密度:35A/dm2，攪拌速度100r/min。毛化技術處理后材料表面形貌特點為 形貌均勻凹凸大小無固定規律，粗糙度值為12pm，硬度為1150HV。本發明可以調整高硬度顆粒的顆粒粒徑、高硬度顆粒的顆粒密度、電沉積基本等的參數 來實現不同的粗糙度毛化要求。可以將整條軋輥同時進行處理，毛化效率高、效果好、適應 性強。本發明可適用于軋輥類、軸類、平面材料等表面材料的表面毛化處理。
權利要求
1、一種金屬材料表面毛化處理的方法，其特征在于將金屬化合物顆粒置于電沉積基礎液中，在溫度為55℃，電流密度為25～35A/dm2時攪拌條件下，對金屬材料基體表面實施電化學沉積毛化處理。
2、 按照權利要求1所述的金屬材料表面毛化處理的方法，其特征在于金屬化合物顆粒選 用氧化鋁、碳化鎢或氧化鋯顆粒，直徑為5 5(Vm;電沉積基礎液選用鍍鉻溶液。
3、 按照權利要求1或2所述的金屬材料表面毛化處理的方法，其特征在于金屬化合物顆 粒硬度大于被沉積處理材料的硬度。
4、 按照權利要求1所述的金屬材料表面毛化處理的方法，其特征在于實施電化學沉積毛 化處理后的金屬材料基體表面粗糙度為1.5 1(Vm。
全文摘要
本發明涉及一種金屬材料表面毛化處理的方法，是將一種金屬化合物顆粒，置于電沉積基礎液即鍍鉻溶液中，在溫度為55℃，電流密度為25～35A/dm²，攪拌條件下對金屬材料表面實施電化學沉積毛化處理。毛化處理后的金屬材料表面粗糙度為1.5-10μm。金屬化合物顆粒選用氧化鋁、碳化鎢或氧化鋯，直徑為5～50μm。要求金屬化合物顆粒硬度大于被沉積處理材料的硬度。本發明可調整金屬化合物顆粒粒徑、顆粒分布密度、電沉積基礎液的電流密度來實現不同毛化效果。材料整體可迅速處理，毛化效率高，效果好，適應性強，可適用于軋輥類，平整輥類，成型輥類，軸類，平面類材料的表面毛化處理。
文檔編號C25D15/00GK101255593SQ20071015885
公開日2008年9月3日 申請日期2007年12月13日 優先權日2007年12月13日
發明者劉常升, 勇 譚 申請人:東北大學